PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102006030483B3 06.12.2007
Titel Autostereoskopisches Display
Anmelder SeeReal Technologies S.A., Luxemburg/Luxembourg, LU
Erfinder Olaya, Jean-Christophe, 01099 Dresden, DE;
Amroun, Sebastien, Den Haag, NL
Vertreter Heide, M., 01307 Dresden
DE-Anmeldedatum 01.07.2006
DE-Aktenzeichen 102006030483
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 06.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse H04N 13/04(2006.01)A, F, I, 20060701, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein autostereoskopisches Display zur zeitsequentiellen 3-D-Darstellung, bei dem von einer steuerbaren Beleuchtungsmatrix ausgestrahltes Licht durch eine Bildmatrix hindurch auf ein Auge mindestens eines Betrachters abgebildet und gleichzeitig mit einem entsprechenden Stereobild moduliert wird, wobei eine Steuereinheit Steuersignale für das Aktivieren der Beleuchtungsmatrix und der Bildmatrix erzeugt. Beleuchtungs- und Bildmatrix werden durch zwei Raumlichtmodulatoren realisiert.
Anwendungsgebiet der Erfindung sind alle Bereiche, in denen derartige Displays für mindestens einen Betrachter nutzbar sind.
Auf Grund eines gegebenen Ansprechverhaltens wird zwischen den Steuersignalen der zwei Raumlichtmodulatoren ein zeitliches Übersprechen hervorgerufen, das die 3-D-Darstellungsqualität verschlechtert.
Das Problem wird dadurch gelöst, dass in der Steuereinheit aus vorgegebenen Systemparametern ein zeitliches Übersprechen zwischen den Steuersignalen für die Beleuchtungsmatrix (Ll; Lr) und für die Bildmatrix (Dl; Dr) ermittelt und nach dem Erzeugen eines ersten Steuersignals für die Beleuchtungsmatrix (Ll) einem ersten Bildmodulationssignal (Dl) eine Phasenverschiebung zum Minimieren des zeitlichen Übersprechens hinzu addiert wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein autostereoskopisches Display zur zeitsequentiellen 3D-Darstellung von Bildern oder Bildfolgen, bei dem von aktivierten Beleuchtungselementen einer steuerbaren Beleuchtungsmatrix ausgestrahltes Licht mittels einer Abbildungsmatrix durch eine Bildmatrix hindurch auf ein Betrachterauge eines Betrachters abgebildet und gleichzeitig mit einem linken oder rechten Stereobild moduliert wird und das eine Steuereinheit enthält, die Steuersignale für das Aktivieren der Beleuchtungsmatrix und der Bildmatrix erzeugt.

Anwendungsgebiet der Erfindung sind alle Bereiche, in denen derartige zeitsequentielle autostereoskopische Displays benutzt werden und die 3D-Darstellung für mindestens einen Betrachter erfolgt. Ein Betrachter kann die verschiedenen Bildinhalte entweder im 2D- oder 3D-Modus von wahlfreien Orten aus ansehen. Für den 3D-Modus werden in sehr schneller Folge ein rechtes und ein linkes Stereobild periodisch dem entsprechenden Auge dargestellt woraus für den Betrachter ohne Verwendung von Hilfsmitteln der autostereoskopische Eindruck eines Objektes ermöglicht wird. Dazu werden in einer Steuereinheit die für die Stereobilddarstellung erforderlichen Steuersignale in Abhängigkeit von der Position der Augen des Betrachters generiert.

Ein in der Erfindung verwendetes autostereoskopisches Display enthält eine steuerbare gerichtete Beleuchtungseinrichtung, die aus einem Backlight sowie einem steuerbaren Lichtmodulator als Beleuchtungsmatrix besteht. Das aktivierte Licht der Beleuchtungsmatrix wird von einer Abbildungsmatrix durch eine Wedergabematrix hindurch in Parallelstrahlenbündeln auf die Augen mindestens eines Betrachters gerichtet. Dabei soll stets die Homogenität der Ausleuchtung der Bildinformationen auf der Wiedergabematrix, auch als Bildmatrix bezeichnet, gewährleistet werden und das räumliche Übersprechen auf das jeweils andere Auge bei der Darstellung der 3D-Informationen vermieden werden. Auch wenn der Betrachter seine Position im Raum vor dem Display verändert, müssen die genannten Bedingungen weiterhin gelten. In der genannten Beleuchtungseinrichtung wird üblicherweise ein großflächiges Backlight eingesetzt, welches einen Lichtmodulator als so genannten Shutter zur ortsabhängigen Intensitätsregelung beleuchtet, wie es in der OS DE 0103 39 076 A1 der Anmelderin beschrieben wird. Dieser Shutter besteht aus einer regelmäßigen Anordnung von steuerbaren Bereichen (Pixeln), die transparent oder Licht absorbierend geschaltet sein können und das vom Backlight ausgehende Licht nur an bestimmten Stellen durchlassen. Bei Bewegung eines Betrachters werden zum Nachführen der Stereobilder die transparenten Bereiche geeignet verschoben. Dazu werden auf dem Shutter die entsprechend ermittelten Zeilen bzw. Spalten transparent geschaltet.

In einer gerichteten Beleuchtungseinrichtung werden z.B. bei Verwendung einer Abbildungsmatrix mit periodisch angeordneten Zylinderlinsen in Form eines Lentikulars Linien-Lichtquellen verwendet. Jedem Abbildungselement der Abbildungsmatrix ist dabei eine Vielzahl von Beleuchtungselementen der Beleuchtungsmatrix, in diesem Fall Linien-Lichtquellen, zugeordnet.

Bei der periodischen Darstellung des linken bzw. rechten Stereobildes tritt u.a. herstellungsbedingt ein räumliches Übersprechen durch eine unterschiedliche Nachleuchtdauer der roten, grünen und blauen Subpixel auf. Dadurch ist z.B. das linke Stereobild kurzfristig noch sichtbar, wenn das nachfolgende rechte Teilbild schon dargestellt wird. Durch dieses räumliche Übersprechen werden „Geisterbilder" erzeugt, die den Stereoeffekt negativ beeinflussen und die Abbildungsqualität des Displays insgesamt beeinträchtigen.

In EP 1 460 857 A1 wird für ein selbstleuchtendes stereoskopisches Display, das gleichzeitig die Bildmatrix ist, ein Verfahren zum Kompensieren dieser Geisterbilder beschrieben. Dabei wird ein Geisterbild zunächst berechnet und vom nächsten darzustellenden Stereo-Teilbild subtrahiert Dadurch leidet aber der Stereokontrast des Teilbildes, so dass ein Optimum für die Berechnung des Geisterbildes und des Stereokontrastes für jedes Stereo-Teilbild, gefunden werden muß.

Verwendet man kein selbst leuchtendes Display, sondern die eingangs beschriebene steuerbare gerichtete Beleuchtungseinrichtung mit einem Lichtmodulator als Beleuchtungsmatrix und einen weiteren Lichtmodulator für die Bilddarstellung, dann tritt das beschriebene Übersprechen bei zwei steuerbaren Raumlichtmodulatoren (Beleuchtungs- und Bildmatrix) auf. Zusätzlich wird jedoch noch ein weiteres Übersprechen wirksam, und zwar ein zeitliches Übersprechen zwischen den Steuersignalen der zwei Raumlichtmodulatoren. Dieses zeitliche Übersprechen entsteht durch die funktionsbedingte Schaltzeitverzögerung jedes einzelnen Beleuchtungselementes bzw. Bildelementes beider Lichtmodulatoren und äußert sich darin, dass das Steuersignal z.B. zur Beleuchtung eines linken Stereobildes noch wirksam ist, während schon das Bildmodulationssignal eines rechten Stereobildes erzeugt wird. Die in Rechteckform erzeugten Steuersignale beider Lichtmodulatoren werden durch ihre Anstiegs- und Abfallzeiten so verformt, dass sich ihre Wirkungen zeitlich überschneiden und eine qualitätsgerechte 3D-Darstellung verhindern.

Um dieses nachteilige, zeitliche Übersprechen zu eliminieren, müssen entweder für die Beleuchtungsmatrix oder für die Bildmatrix entsprechend korrigierende Maßnahmen ergriffen werden.

Beispielsweise kann als Hardwarelösung in die Steuereinheit bereits eine zusätzliche Phase zur zeitlichen Verzögerung des Steuersignals eines der Lichtmodulatoren fest einprogrammiert sein. Damit wird aber die Austauschbarkeit der Raumlichtmodulatoren verhindert.

Im Dokument US 6 448 952 B1 wird das in einem Display auftretende zeitliche Übersprechen zwischen dem Bildmodulationssignal und dem Steuersignal für eine Shutterbrille minimiert, indem dem Bildmodulationssignal eine Phasenverschiebung hinzu addiert wird. Hierbei handelt es sich um ein stereoskopisches Display, bei dem der Nutzer eine Shutterbrille trägt, um ein dreidimensionales Bild sehen zu können. Die hier beschriebene Signalverarbeitung ist nicht auf ein eingangs beschriebenes autostereoskopisches Display anwendbar.

In einem autostereoskopischen Display des Dokuments GB 2 404 106 A wird zum Testen der Qualität eines dreidimensional dargestellten Bildes das Übersprechen des rechten und linken Bildes ermittelt. Der ermittelte Wert wird gespeichert und im Rahmen der Qualitätskontrolle zur Kompensation des Übersprechens benutzt.

Auf jegliche andere Einflüsse, die sich ebenfalls nachteilig auf die Qualität einer 3D-Bilddarstellung auswirken, wie z.B. Abbildungs- oder Materialfehler optischer Komponenten des Displays, wird im Zusammenhang mit dieser Erfindung nicht eingegangen.

Aufgabe der Erfindung ist es, in der Steuereinheit eines zeitsequentiellen autostereoskopischen Displays mit steuerbarer gerichteter Beleuchtungseinrichtung die Bereitstellung der Steuersignale und damit die dreidimensionale Darstellungsqualität zu verbessern.

Der Erfindung liegt ein eingangs beschriebenes autostereoskopisches Display mit einer Beleuchtungsmatrix, einer Bildmatrix und einer Steuereinheit, die Steuersignale für das Aktivieren der Beleuchtungsmatrix und der Bildmatrix erzeugt, zugrunde. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in der Steuereinheit des autostereoskopischen Displays aus vorgegebenen Systemparametern ein zeitliches Übersprechen zwischen den Steuersignalen für die Beleuchtungsmatrix und für die Bildmatrix ermittelt und nach dem Erzeugen eines ersten Steuersignals für die Beleuchtungsmatrix einem ersten Bildmodulationssignal eine Phasenverschiebung zum Minimieren des zeitlichen Übersprechens hinzu addiert wird. Die Frequenz der Steuersignale wird dabei nicht verändert. Das zeitliche Übersprechen wird aus Parametern des vorgegebenen Displaysystems berechnet und ist als Funktion in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung darstellbar.

Vorteilhafterweise wird die Addition der Phasenverschiebung mit einem Wert realisiert, bei dem das berechnete zeitliche Übersprechen der Steuersignale ein Minimum an Lichtenergie aufweist. Unter Lichtenergie wird hier der Anteil von Licht verstanden, der durch das zeitliche Übersprechen eines linken und rechten Stereobildes zusätzlich entsteht.

Zum Ermitteln des Minimums der Lichtenergie des zeitlichen Übersprechens werden in der Steuereinheit mindestens zwei aufeinander folgende Bereiche des zeitlichen Übersprechens (CTmin; CTmax) einer periodischen Folge von Steuersignalen ausgewählt, summiert und systemparameterabhängig minimiert. Das bedeutet für die Berechnung, dass Bereiche mit dem geringsten und dem größten zeitlichen Übersprechen erfasst und minimiert werden. Die periodische Signalfolge der Steuersignale ist definiert z.B. durch zwei Steuersignale für ein rechtes Auge oder ein linkes Auge und die dem jeweiligen Auge entsprechenden Bilddaten.

Einem Ausführungsbeispiel entsprechend werden die Beleuchtungsmatrix und die Bildmatrix durch steuerbare Raumlichtmodulatoren realisiert, von denen mindestens die Anstiegs- und Abfallzeiten sowie die Frequenz als Systemparameter zur Berechnung des zeitlichen Übersprechens erfasst werden.

Mit dieser Erfindung werden in einem autostereoskopischen Display der eingangs genannten Art vorteilhaft die Steuersignale der Beleuchtungsmatrix und die Bildmodulationssignale der Wiedergabematrix optimal koordiniert. Es werden ein zeitliches Übersprechen der Signale zwischen jeweiligem Stereobild und entsprechender Beleuchtung und damit der die Abbildungsqualität störende Anteil der Lichtenergie weitgehend minimiert. Vorteilhafterweise ist durch Verwendung der Systemparameter des Displays bei der Berechnung des zeitlichen Übersprechens die Korrektur immer auf das verwendete Display bezogen, da in die Berechnung immer die aktuellen Systemparameter eingehen.

Das erfindungsgemäße autostereoskopische Display wird nachfolgend näher beschrieben. In den Darstellungen zeigen

1 grafisch kombiniert den zeitlichen Verlauf des Steuersignals für die Beleuchtung eines linken und eines rechten Auges und den zeitlichen Verlauf des jeweils entsprechenden Bildmodulationssignals in periodischer Folge

2 den Signalverlauf entsprechend 1, aber nur für ein linkes Auge und für ein rechtes Stereobild, und die ermittelten Bereiche des zeitlichen Übersprechens

3 den Signalverlauf entsprechend 1, aber mit einer zum ersten Bildmodulationssignal addierten Phasenverschiebung und

4 ein Diagramm mit dem Funktionsverlauf des zeitlichen Übersprechens in Abhängigkeit von der Lichtenergie und der Phasenverschiebung für eine vorgegebene Konfiguration von zwei Lichtmodulatoren.

In einem eingangs beschriebenen zeitsequentiellen autostereoskopischen Display mit steuerbarer gerichteter Beleuchtungseinrichtung ermittelt ein Positionsfinder von einem rechten bzw. linken Auge mindestens eines Betrachters die Positionskoordinaten, die von der Steuereinheit für nachfolgende Steuerprozesse benutzt werden. Dem jeweiligen Betrachter werden analog ein linkes und ein rechtes Stereobild periodisch generiert, um eine 3D-Bilddarstellung zu realisieren. Licht einer Beleuchtungsmatrix wird dabei bekanntermaßen über eine Abbildungsmatrix in Parallelstrahlbündeln erst auf das eine Auge eines Betrachters gelenkt, z.B. das linke, wobei gleichzeitig linke Bildinformationen in einer Bildmatrix generiert werden. Anschließend wird der gleiche Vorgang für das rechte Auge wiederholt. Dabei ist es notwendig, dass die Steuereinheit absolut synchron die Steuersignale der Beleuchtungsmatrix Ll; Lr und die Bildmodulationssignale Dl; Dr der Bildmatrix steuert, um eine fehlerfreie 3D-Bilddarstellung zu erreichen. Jedes zeitliche Abweichen von dieser Synchronisation ruft ein zeitliches Übersprechen der Signale hervor und führt zu einer Verschlechterung der 3D-Bilddarstellung im Display. Als Beleuchtungs- und Bildmatrix werden steuerbare Raumlichtmodulatoren verwendet.

In 1 bis 3 sind in den betreffenden Darstellungen jeweils kombiniert der zeitliche Verlauf der Steuersignale der Beleuchtung in Bezug auf den zeitlichen Verlauf der Bildmodulationssignale wiedergegeben.

Da die ursprüngliche Form der Steuersignale nicht ideal wiedergegeben wird, weil die Raumlichtmodulatoren nicht unendlich schnell schalten können, tritt ein zeitliches Übersprechen der Steuersignale der Beleuchtungs- und der Bildmatrix auf. Das zeitliche Übersprechen kann man auch als Verzögerungszeit zwischen den genannten Signalen bezeichnen.

In 2 sind zwei Steuersignale für das linke Auge Ll und darunter zwei Bildmodulationssignale Dr für das rechte Auge dargestellt. Wegen der Übersichtlichkeit wurde nicht jedes nachfolgende Steuersignal eingezeichnet. Es ist zu erkennen, dass durch die wirksame Abfallzeit des Steuersignals noch Licht auf das linke Auge gesteuert wird, während die Bilddaten für das rechte Auge schon moduliert werden. Dieser Effekt stellt das zeitliche Übersprechen der Steuersignale zwischen beiden Lichtmodulatoren dar. Durch das zeitliche Übersprechen entstehen Übersprechungsbereiche (CT-Bereiche) im Signalverlauf. Diese Bereiche repräsentieren eine Lichtenergie, die im Moment des Übergangs vom linken zum rechten Stereobild vorhanden ist und die die 3D-Darstellung stört. Diese Lichtenergie muss minimiert werden, um die Qualität der 3D-Darstellung zu verbessern.

Durch Berechnungen in Verbindung mit Simulationen hat sich gezeigt, dass das zeitliche Übersprechen durch das Einführen einer Phasenverschiebung bei der Steuerung der Bildmodulation beeinflusst werden kann. Analog ist es auch möglich, bei der Steuerung der Beleuchtung die Phasenverschiebung diesem Steuersignal hinzu zu addieren.

In 3 sind gegenüber der Darstellung in 1 die Bildmodulationssignale Dl; Dr mit der Phasenverschiebung versetzt zu den Steuersignalen der Beleuchtungsmatrix dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die Signalverschiebung zwischen dem Beleuchtungssignal des linken Auges Ll und dem Bildmodulationssignal des rechten Auges Dr ein Minimum erreicht und so ein minimierter Bereich des zeitlichen Übersprechens für das linke Auge CTmin, schraffiert dargestellt, entsteht. Das zeitliche Übersprechen ist in diesem Moment rechnerisch so klein, dass es sich nicht mehr störend auf die 3D-Bilddarstellung auswirkt. Jedoch ergibt sich aus diesem Vorteil zunächst auch ein Nachteil: da die Steuersignale Licht für das linke und rechte Auge periodisch bereit stellen, wird schon wieder Licht für das linke Auge erzeugt, während durch die Phasenverschiebung noch das Bildmodulationssignal für das rechte Auge Dr erzeugt wird. Es entsteht ein zweiter Bereich des zeitlichen Übersprechens CTmax, schraffiert dargestellt, für das linke Auge, in dem die Signalverschiebung wesentlich größer als im ersten Bereich CTmin ist. Entsprechend größer ist hier auch die Lichtenergie des zeitlichen Übersprechens. Diese beiden Bereiche des zeitlichen Übersprechens bzw. diese beiden Signalverschiebungen treten für jedes Auge auf und müssen für jedes Auge so optimiert werden, dass ihre Summe ein Minimum wird.

Es werden ein minimierter, summarer Bereich des zeitlichen Übersprechens aus zwei aufeinander folgenden, periodisch verlaufenden Signalfolgen der Beleuchtung für das linke Ll und ein dazwischen generiertes Beleuchtungssignal Lr für das rechte Auge und den entsprechenden periodisch verlaufenden Signalfolgen der Bildmodulation Dl; Dr für diese Augen ermittelt. Analog können ebenso zwei aufeinander folgende Steuersignale der Beleuchtung für das rechte Auge Lr und ein dazwischen generiertes Steuersignal für das linke Auge Ll und die entsprechenden Bildmodulationssignale Dl; Dr für diese Augen zum Minimieren des zeitlichen Übersprechens berechnet werden.

In 4 ist in einem Diagramm das zeitliche Übersprechen als Funktion der Lichtenergie und der Phasenverschiebung für eine vorgegebene Konfiguration der beiden Raumlichtmodulatoren dargestellt. Aus dem Funktionsverlauf ist erkennbar, dass es für die Phasenverschiebung einen Wert gibt, bei dem das zeitliche Übersprechen und die Lichtenergie ein Minimum erreichen. Bei der Ermittlung der Phasenverschiebung werden in der Steuereinheit als Systemparameter das Ansprechverhalten der beiden Lichtmodulatoren mit den jeweiligen Anstiegs- und Abfallzeiten (rise time und fall time) der Raumlichtmodulatoren sowie die Frequenz, mit der beide Raumlichtmodulatoren gesteuert werden, berücksichtigt und damit der minimierte Wert der Phasenverschiebung berechnet.

Diese Berechnung ergibt einen Phasenwert, der ein optimaler Wert für die 3D-Bilddarstellung des autostereoskopischen Displays ist und ein Minimum der Lichtenergie und des zeitlichen Übersprechens gewährleistet. Mit diesem Phasenwert wird erreicht, dass die Synchronisation der Steuersignale beider Raumlichtmodulatoren optimal verläuft.


Anspruch[de]
Autostereoskopisches Display zur zeitsequentiellen 3D-Darstellung von Bildern oder Bildfolgen für mindestens einen Betrachter, wobei von aktivierten Beleuchtungselementen einer steuerbaren Beleuchtungsmatrix ausgestrahltes Licht mittels einer Abbildungsmatrix durch eine Bildmatrix hindurch auf ein Auge eines Betrachters abgebildet und gleichzeitig mit einem linken oder rechten Stereobild moduliert wird und eine Steuereinheit Steuersignale für das Aktivieren der Beleuchtungsmatrix und der Bildmatrix erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit aus vorgegebenen Systemparametern ein zeitliches Übersprechen zwischen den Steuersignalen für die Beleuchtungsmatrix (Ll; Lr) und für die Bildmatrix (Dl; Dr) ermittelt und nach dem Erzeugen eines ersten Steuersignals für die Beleuchtungsmatrix (Ll) einem ersten Bildmodulationssignal (Dl) eine Phasenverschiebung zum Minimieren des zeitlichen Übersprechens hinzuaddiert Autostereoskopisches Display nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Addition der Phasenverschiebung mit einem Wert erfolgt, bei dem das berechnete zeitliche Übersprechen der Steuersignale ein Minimum an Lichtenergie aufweist Autostereoskopisches Display nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit zum Ermitteln des Minimums der Lichtenergie mindestens zwei aufeinander folgende Bereiche des zeitlichen Übersprechens (CTmin; CTmax) einer periodischen Folge von Steuersignalen summiert und systemparameterabhängig minimiert werden. Autostereoskopisches Display nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsmatrix und die Bildmatrix durch steuerbare Raumlichtmodulatoren realisierbar sind, von denen mindestens die Anstiegs- und Abfallzeiten sowie die Frequenz als Systemparameter zur Berechnung des zeitlichen Übersprechens erfasst werden.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com